Topologi är ett framväxande område inom många vetenskapliga discipliner, till och med leda till ett Nobelpris i fysik 2016. Leidens fysiker Marcello Caio och hans kollegor har nu upptäckt förekomsten av topologiska strömmar i analogi med elektriska strömmar. Deras forskning publiceras i Naturfysik .

Människor tillskriver egenskaper till objekt som färg, temperatur och fas - gasformig, flytande eller fast. Till exempel, en specifik punkt på ytan av en munk är brun, fast och vid rumstemperatur. Topologiska egenskaper är olika. De innehåller information om hela objektet. Till exempel, en munk har ett hål. Det är omöjligt att räkna antalet hål genom att fokusera på en specifik del av munken. Du måste betrakta det som en helhet. Topologi har visat sig vara viktigt inom många vetenskapliga områden. 2016, till exempel, arbetet med topologi erkändes med Nobelpriset i fysik.

Det så kallade Chern-indexet är ett annat, om än väldigt abstrakt, topologisk mängd. Detta är ett specialfall inom topologi. Nyligen, det upptäcktes att Chern -indexet har en densitet - kallad Chern -markören. Detta ger information om topologin i ett helt system även genom att bara titta på lokal nivå. Den heldragna linjen i figur 1 visar den rumsliga fördelningen av chernmarkören, där varje lokal punkt har sitt eget värde. (Observera att den här grafen inte är vettig för en global egenskap som antalet hål i ett objekt.) De lokala punkterna måste dock följa en regel på global nivå:genomsnittet av alla lokala värden bör alltid vara noll.

Leidens fysiker Marcello Caio, tillsammans med ett team av forskare från Storbritannien, har nu upptäckt att om du stör ett system, de lokala Chern -värdena kommer att fördelas genom att strömma från gränserna mot det inre av systemet. I kontrast, globala topologiska egenskaper är robusta mot störningar - antalet hål i en munk ändras bara efter en stor bit. I figur 1, en störning gör att grafen formas om för att fortsätta att uppfylla kravet att dess integral ska vara noll. Caio och hans kollegor upptäckte att detta inte händer omedelbart, så det måste finnas ett flöde av chernmarkören genom systemet. Detta utgör topologisk ström, i analogi med en konventionell elektrisk ström.

Caio säger, "Långt fram i tiden, detta kan möjliggöra utveckling av nya enheter baserade på topologiska strömmar vid sidan av elektriska strömmar. Det finns många forskningsplatser i denna riktning. Finns det andra sätt att skapa denna ström? Kan vi styra dem? Det finns många spännande möjligheter. "